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Elektrischer Schalter mit Löschung des Lichtbogens durch einen selbst erzeugten Druckluft- oder Druckgasstrom.
Bei elektrischen Schaltern für hohe Abschaltleistungen ist es bekannt, die Unterbrechungsstelle in einer als Druckkammer ausgebildeten Schaltkammer anzuordnen und den Unterbrechungslichtbogen durch hindurchgeleitete Druckluft oder Druckgas zu löschen. Ferner ist es auch bei Schaltern mit Liehtbogenlöschung durch einen Druckgasstrom bekannt, die Kontakte in einer vollkommen geschlossenen Kammer anzuordnen und den Druck des Löschgases durch den Unterbrechungslichtbogen selbst zu erzeugen. Bei Freigabe der Kammeröffnung durch den beweglichen Schaltstift strömt dann das Druckgas aus der Druckkammer aus und löscht hiedurch den Lichtbogen. Hiebei tritt jedoch der Nachteil auf, dass die Absperrung der Druckkammer gegen den Aussenraum durch den beweglichen Schalterkontakt gebildet wird, wodurch der Druck des Löschgases von der Schalterkontaktbewegung abhängig ist.
Die Absperrung der Druekkammer wird also, unabhängig von dem in der Druckkammer herrschenden Druck, in demselben Augenblick aufgehoben, in welchem der bewegliehe Schalterkontakt die Druckkammer verlässt. Hiedurch wird verhindert, dass insbesondere bei kleinen Stromstärken ein zur raschen Löschung des Schaltlichtbogens ausreichender Gasstrom überhaupt entstehen kann.
Man hat auch vorgeschlagen, in einer Druckkammer durch den Schaltlichtbogen eine Flüssigkeit zum Verdampfen zu bringen, wodurch zunächst in der Druckkammer ein hoher Dampfdruck hervorgerufen wird. Die Druckkammer besitzt zwei längliche Teile, bei deren Verschiebung gegeneinander zwei Austrittsöffnungen für die hochgespannten Dämpfe freigegeben werden. Es erfolgt also eine Expansion auf Atmosphärendruck, was die Löschung des Lichtbogens zur Folge hat. Ein derartiger Schalter muss aber nicht nur immer wieder von neuem mit Schaltflüssigkeit versehen werden, sondern hat auch den Nachteil, dass eine rasche und zuverlässige Löschwirkung durch die angegebenen Mittel keineswegs sichergestellt ist.
Durch den Gegenstand der Erfindung sind diese Nachteile vermieden. Die Erfindung besteht darin, dass bei einem Schalter mit Löschung des Unterbrechungslichtbogens durch einen Druckgasstrom, dessen Druck durch den Lichtbogen selbst in einer Druckkammer erzeugt wird, wobei die Druckkammer mit einem einstellbaren Absperrorgan versehen ist, das so angeordnet ist, dass das ausströmende Druckgas die in der Druckkammer liegende Unterbrechungsstelle bestreichen muss und durch dessen Einstellung bewirkt wird, dass die Ausströmung erst bei einem bestimmten Überdruck in der Kammer einsetzt.
Die Lichtbogenlöschung kommt danach beim Gegenstand der Erfindung dadurch zustande, dass der durch den Schaltlichtbogen auf Überdruck gebrachte gasförmige Inhalt der Schaltkammer bei einem bestimmten Überdruck durch das Absperrorgan hindurch aus der Kammer ausströmt und dabei die Unterbrechungsstelle bestreicht. Die auf die Unterbrechungsstelle zugerichtete Gasströmung gewährleistet eine besonders rasche und sichere Lichtbogenlöschung.
Zur schnelleren Entwicklung der zur Löschung erforderlichen Strömung kann in der Kammer eine Kälte abgebende und verdunstende Masse dauernd angeordnet sein, durch welche die Temperatur im Innern der Druckkammer dauernd unter die Raumtemperatur herabgedrüekt wird.
Man kann neben den Hauptkontakten der Unterbrechungsstelle in bekannter Weise Hilfskontakte anordnen, die im elektrischen Stromkreis mit den Hauptkontakten in Reihe liegen und die dazu bestimmt
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sind, bei ihrer Trennung einen Teil der Drucksteigerung herbeizuführen, die zur Lichtbogenlöschung erforderlich ist, während die restliche Drucksteigerung durch den bei der Trennung der Hauptkontakte entstehenden Lichtbogen hervorgerufen wird.
Durch den Verschluss der Gasaustrittsstelle der Druckkammer konstanten Volumens durch ein einstellbares Absperrorgan, das so angeordnet ist, dass das ausströmende Medium die Unterbrechungstelle bestreichen muss, und durch dessen Einstellung bewirkt wird, dass die Ausströmung erst bei einem bestimmten Überdruck in der Kammer einsetzt, wird ohne Mitwirkung einer Kompressoranlage oder eines Vorrates an Druckluft oder Pressgas erreicht, dass das beim Auftreten des Sehaltlichtbogens in der Druckkammer entstehende Druckgefälle diejenige Grösse annimmt, die zur Ausbildung eines den Schalt-
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dauernd eine Kälte abgebende und verdunstende Masse vorhanden, durch welche die Temperatur in der Schalterkammer dauernd unter Raumtemperatur herabgedruckt wird, so hat dies zur Folge,
dass die durch den Schaltlichtbogen hervorgerufene Drucksteigerung und damit das erwähnte Druckgefälle wesentlich höhere Werte erreicht als es ohne derartige dauernde Kältewirkung möglich wäre. Denn je niedriger die in der Schaltkammer dauernd aufrechterhaltene Temperatur ist, desto mehr erhöht sich naturgemäss das Gefälle zwischen dem unter der Einwirkung des Lichtbogens im Gasraum auftretenden Höchstdruck und dem vor dem Einsetzen des Lichtbogens-also vor der Kontakttrennung-dort vorhandenen Mindestdruck.
Je höher aber dieses Druckgefälle, desto intensiver fällt im Augenblick, wo das Absperrorgan die Verbindung des Druckkammerinnern mit dem Aussenraum freigibt, die Beblasung der Unterbrechungsstelle durch die sich nun bildende geordnete Gasströmung aus und desto stärker ist die Lösohwirkung dieser Strömung.
Die geschilderte vorteilhafte Wirkung der in der Druckkammer dauernd angeordneten Kälte abgebende Masse tritt nun bei einem mit Luft oder Gas betriebenen behaiter gemäss der Erfindung ein, nicht aber bei Leistungsschaltern bekannter Bauart. So wäre z. B. bei einem Wasserschalter die Anordnung der dauernd vorhandenen Kälte abgebenden Masse wegen der Gefahr des Einfrierens der Flüssigkeitsfüllung nicht zulässig, und beim Pressluftschalter mit äusserer Druckquelle hätte sie keinen Zweck.
Ebensowenig käme für die beabsichtigte Wirkung eine vorübergehende Zuführung eines Kälte erzeugenden Stoffes in Frage, wie sie für andere Schalter zu ganz anderem Zweck vorgeschlagen worden ist.
Verwendet man als Kälte abgebende Masse Kohlensäureschnee, so ergibt sich aus der steten Verdunstung eines Teiles derselben, die eine Folge der unausgesetzt wirksamen Wärmeeinstrahlung ist, bereits vor der Abschaltung ein langsamer Druckanstieg. Der beim Auftreten eines Schaltlichtbogens entstehende, zur Öffnung des Absperrorgans ausreichende Gesamtdruck wird um so schneller erreicht, je näher dieser allmähliche Druckanstieg an den Druckwert heranreicht, auf den das Absperrorgan eingestellt ist, um das zur Herbeiführung einer kräftigen Gasströmung nötige Druckgefälle sicherzustellen.
Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass für die in der Druckkammer angeordnete verdunstende und Kälte abgebende Masse nicht an sich, sondern nur in Verbindung mit den für den Erfindungsgegenstand wesentlichen Merkmalen Schutz begehrt wird, dass die Druckkammer mit einem einstellbaren Absperrorgan versehen ist, das so angeordnet ist, dass das ausströmende Medium die Unterbrechungsstelle bestreichen muss und durch dessen Einstellung bewirkt wird, dass die Ausströmung erst bei einem bestimmten Überdruck in der Kammer einsetzt.
In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch veranschaulich.
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angeordnet, welche die Unterbrechungsstelle des Schalters bilden. Der Kontaktbolzen 21 ist beweglich und wird in der üblichen Weise von aussen her betätigt. Die Wandung 23 der Druckkammer 85 besteht aus einer elektrisch und thermisch isolierenden Masse, z. B. Porzellan. Der feste Kontakt 22 ist durchbohrt, so dass das Druckgas gezwungen wird, beim Ausströmen die Kontaktstelle zu beblasen. Die eigentliche Gasaustrittsöffnung des Schalters ist durch ein mit Gewichts-oder Federwirkung oder beidem ausgerüsteten Absperrorgan 24 abgeschlossen, das sich unter der Wirkung eines Überdruckes von vorausbestimmter Grösse öffnet und sich beim Nachlassen des Druckes im Raum 85 kraftschlüssig wieder schliesst.
Zur Verstärkung der thermischen Isolierung der Druckkammer 85 ist eine Umkleidung 25 angeordnet, und der dadurch gebildete Zwischenraum 26 ist mit Kork oder einem ähnlichen Wärmeisoliermaterial erfüllt. In der Schaltkammer 85 befindet sich noch eine Kälte abgebende und verdunstende Masse 29, z. B. Kohlensäureschnee, die durch Verdunstung an den Gasinhalt des Raumes Kälte abgibt und dabei gleichzeitig die Kontakte 21 und 22 kühl hält. Eine in der Wandung 23 bzw. 25 vorgesehene, durch ein Verschlussstück 31 verschliessbare Öffnung 30 erleichtert der Ergänzung der Kälte abgebenden Masse und die Kontrolle der Schalterkontakte.
Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende : Bei der Öffnung der Kontakte 21 und 22 bildet sich in der Druckkammer 85 ein Lichtbogen. Derselbe erzeugt in der in der Druckkammer vorhandenen Luft-oder Gasgemenge eine Drueksteigerung. Durch den Kälteerzeuger 29 wird die Temperatur des Gases,
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ist, je näher also seine Temperatur der absoluten Temperatur liegt. Unter der Wirkung der plötzlichen
Drucksteigerung öffnet sich das an der Druckkammer 85 angebrachte Absehlussorgan 24, so dass das unter sehr starker Kompression stehende Gas mit hoher Geschwindigkeit ausströmt. Dadurch wird der zwischen den Kontakten 21 und 22 stehende Lichtbogen sehr rasch zum Erlöschen gebracht.
Die Druck- kammer 85 bleibt nach der Beendigung des Schaltvorganges und Löschung des Lichtbogens von einer
Gasmenge erfüllt, deren Druck durch das kraftschlüssig geschlossengehaltene Absperrorgan bestimmt ist.
Durch diesen dauernd vorhandenen Mindetsdruck, welcher einen Wert annimmt, der unabhängig vom
Schaltorgan durch die Verdunstung des Kohlensäureschnees aufrechterhalten wird, wird der Lösch- vorgang sehr günstig beeinflusst. Bei der durch den Lichtbogen verursachten Drucksteigerung ist es nämlich von grossem Vorteil, wenn der Anfangswert, von dem die plötzliche Drucksteigerung ausgeht, beträchtlich über Atmosphärendruck liegt. Es braucht dann durch den Lichtbogen dem Gasinhalt der
Druckkammer nur eine geringe Wärmemenge zugeführt werden, um die zur raschen Lichtbogenlöschung erforderliche Gasausströmung zu erzielen. Dieser Vorteil macht sich besonders bei kleineren Absehalt- leistungen geltend.
In der Fig. 2 ist ein Schalter mit zwei Unterbrechungsstellen (einer Haupt-und einer Hilfskontakt- stelle) dargestellt.
In der Druckkammer 32 befindet sich eine mit zwei Kontaktstücken 33 besetzte bewegliche Tra- verse 34, die durch die Antriebsstange 35 betätigt wird. Als Gegenkontakt für die Kontaktstücke 33 dienen die Kontakte 36 und 37. Der Kontakt 36 ist als Buchsenkontakt und der Kontakt 37 als Hohlkontakt ausgebildet. Die Kontakte 36 und 37 sind an der Innenwandung eines die Druckkammer um- schliessenden Gehäuses befestigt, dessen Hohlräume mit einem elektrisch und thermisch isolierenden
Stoff ausgefüllt sind. Ferner befindet sich in der Druckkammer 32 noch ein Kälteerzeuger 39, der Kohlen- säureschnee ist. Die Schaltkammer ist durch die mittels eines Verschlussstückes 41 verschliessbare Öff- nung 41 zugänglich.
Die durch die Bohrung des Kontaktes 37 gebildete Öffnung wird durch ein kraft- schlüssiges Absperrorgan 42 geschlossen gehalten. Die Druckkammer 32 ist mit einer Umkleidung 43 umgeben, die eine thermische Isolierung für die Druckkammer ermöglicht.
Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende. Die Löschung des Lichtbogens erfolgt unter ähn- lichen Verhältnissen wie vorher beschrieben. Durch die bekannte Anordnung der in Reihe zur Haupt- kontaktstelle liegenden Hilfskontaktstelle 33,36 wird jedoch die Stromunterbrechung und damit die
Lichtbogenbildung schon vor dem Öffnen der Hauptkontakte eingeleitet. Durch den an der Hilfs- kontaktstelle sich bildenden Lichtbogen wird in der Druckkammer eine wesentliche Drucksteigerung hervorgerufen, schon bevor die Hauptkontakte sich öffnen. Die Drucksteigerung nimmt infolgedessen beim Öffnen der Hauptkontakte bedeutend grössere Werte an, und das Gas strömt um so eher und mit einer um so grösseren Geschwindigkeit aus.
Ohne an der Erfindung etwas zu ändern, kann man den Schalter auch nur mit Luft betreiben.
Anstatt in der Druckkammer einen Vorrat an Kohlensäureschnee aufrechtzuerhalten, der von
Zeit zu Zeit ergänzt werden muss, kann man auch flüssige Kohlensäure in solcher Weise einleiten, dass sie sich beim Eintritt in die Druckkammer in Kohlensäureschnee verwandelt. Fig. 3 zeigt einen Schalter mit einer die Unterbrechungsstelle umschliessenden Druckkammer, die an einen Druckgasbehälter über ein Ventil angeschlossen ist.
In der Druckkammer 44 ist der feste Kontakt 45 und der bewegliche Kontakt 46 angeordnet.
Am unteren Teil der Druckkammer 44 befindet sich eine Eintrittsöffnung 47 (Düse) für das zur Löschung erforderliche Pressgas. Die Druckkammer wird oberhalb des festen Kontaktes 45 durch ein kraft- schlüssige Ventil 48 geschlossen. Durch eine Rohrleitung 49 steht die Druckkammer mit einer mit ver- flüssigtem Gas gefüllten Pressgasflasche 50 in Verbindung. Durch ein Reduzierventil 51 ist der zur Löschung des Lichtbogens erforderliche Druck und die damit verbundene Gasströmung einstellbar.
Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende : In der Druckkammer 44 wird durch den Anschluss an die Pressgasflasche 50 ein Druck gebildet. Dieser Druck wird durch das Reduzierventil 51 beim Ein- strömen in die Druckkammer in einer entsprechend geringen Grösse gehalten. Um diesen reduzierten
Druck in der Druckkammer konstant zu halten und einen Druckausgleich zwischen der Pressgasflasche 50 und der Druckkammer 44 zu vermeiden, ist das kraftschlüssige Ventil 48 angeordnet. Es befindet sich also ein stets gleichmässiger Druck in der Druckkammer 44.
Beim Öffnen der Kontakte 45 und 46 erzeugt der Lichtbogen in der Druckkammer 44 eine Druck- steigerung. Durch diese Drucksteigerung wird das Ventil 48 zum Ansprechen gebracht, und es entsteht durch die Austrittssöffnung des Kontaktes 45 eine Gasströmung, die den Lichtbogen zum Erlöschen bringt.
Der Vorteil bei dieser Anordnung liegt in dem stets vorhandenen Druck in der Druckkammer und der damit verbundenen Drucksteigerung und Gasströmung, durch welche die Löschung des Lichtbogens eintritt. Es bedarf also beim Schaltvorgang keinerlei Bedienung eines Ventils, durch welche die zur Löschung des Lichtbogens erforderliche Gasströmung betätigt wird.
Wie die Fig. 4 zeigt, lässt sich die beschriebene Einrichtung, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verändern, vorteilhaft auch so ausbilden, dass in der Druckkammer 44 ständig ein Vorrat an Kälte
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abgebende Masse 100 (Kohlensäureschnee) vorhanden ist. Um dies zu erreichen, muss der Druckbehälter 50 mit flüssiger Kohlensäure gefüllt sein und so angeordnet, dass durch seine Austrittsöffnung die flüssige Kohlensäure durch die Verbindungsleitungen 49 hindurchtritt und beim Austritt aus einer in die Druckkammer hineinragenden Düse 47 zu fester Kohlensäure 100 erstarren kann. Vorteilhaft bildet man diese Düse verstellbar aus, um damit die Menge des sich bildenden Schnees regulieren zu können.
Fig. 5 zeigt einen Schalter mit einer die Unterbrechungsstelle umschliessenden Druckkammer, wobei auf dem beweglichen Kontakt ein Kolben und in der Druckkammerwand Kanäle angebracht sind.
In einer Druckkammer 52 ist der bewegliche Kontakt 53 und der feststehende Kontakt 54 angeordnet. Auf dem beweglichen Kontakt sitzt ein Kolben 55, der einen Aufnahmeraum (Behälter) 56 für einen Kälteerzeuger (z. B. Kohlensäureschnee) 57 besitzt. In der Wand der Druckkammer 52 sind Kanäle 58 angeordnet, die sich nach ihrem Austrittsende hin verjüngen und schräg in den der Unterbrechungsstelle des Druckkammer-Innenraumes einmünden. Ferner münden in der Druckkammer zwei Rohrleitungen 59, 59', welche mit einer Leitung 60, die an einem Kohlensäurebehälter angeschlossen ist, in Verbindung stehen. Die Rohrleitung 59'ragt bei geschlossenem Schalter durch einen Schlitz des Führungsteiles des Kolbens 55 hindurch in dessen Innenraum hinein.
Am oberen Teil der Druckkammer 52 ist über dem festen Kontakt 54 ein gegen Federdruck sich öffnendes Ventil 61 angebracht, welches die zwei Austrittsöffnungen 62 und 63 besitzt. Die Öffnung 62 bewirkt einen Austritt des Gases in die Rohrleitung 64, die in einen Sammelbehälter führt, hingegen lässt die Öffnung 63 das Gas durch die Löcher 65 ins Freie treten.
Der Kolben 55 und der feste Kontakt 54 besitzen feine Durchbohrungen 66 und 67, die beim ruhenden Zustand des Schalters im oberen und unteren Teil des Innenraumes der Druckkammer sowie im Ventil 61 einen allmählichen Druckausgleich ermöglichen.
Die beschriebene Einrichtung wirkt wie folgt :
Durch die Leitung 60 tritt an den Eintrittsstellen der Rohre 59,59', die mit Düsen versehen sind, flüssige Kohlensäure in die Druckkammer ein, wo sie sich beim Ausströmen in Kohlensäureschnee 57 verwandelt. Es lagert sich also am Boden der Druckkammer 52 und im Aufnahmeraum 56 des Kolbens 55 Kohlensäureschnee ab. Dieser Kohlensäureschnee verdunstet durch die von aussen wirkende Wärme, und es tritt eine starke Kühlung und Drucksteigerung im oberen und unteren Raum der Druckkammer 52 ein. Diese Druckbildlmg und Kühlung über und unter dem Kolben 55 wird durch die Durchbohrungen 66 ausgeglichen, so dass in der Druckkammer 52 ein gleichmässiger Druck vorherrscht.
Durch die Durchbohrungen 67 erfährt das Ventil 61 ! die Druckverhältnisse der Druckkammer 52 im gleichen Sinne mit. Das Ansteigen des Druckes in der Druckkammer erfolgt nur bis zu einem bestimmten Wert, da bei einem Überdruck das Ventil 61 anspricht und das Gas durch die Austrittsöffnung 62 in die Rohrleitung 64 entweicht, durch welches es in einen Sammelbehälter gelangt.
Bei Betätigen des Schalters wird der Lichtbogen durch den beweglichen Kontakt 53 in die Druckkammer 52 gezogen. Durch die Zufuhr der in dem Lichtbogen vorhandenen Wärmemenge in den oberen Raum der Druckkammer erfolgt daselbst eine grosse Drucksteigerung, die einerseits das Ventil 61 ansprechen lässt und anderseits auf den Kolben 55 einwirkt, der in die untere Hälfte der Druckkammer getrieben wird. Durch die Bewegung des Kolbens wird das in der unteren Hälfte vorrätig gehaltene gekühlte Gas durch die Kanäle 59 in den oberen Druckkammerraum gepresst. Es wird dadurch die durch Drueksteigerung vorhandene Gasströmung, welche über den feststehenden Kontakt 54 und über die Öffnungen 63 und 65 des angesprochenen Ventils 61 besteht, wesentlich gesteigert, und es erfolgt eine schnellere Löschung des Lichtbogens.
Die Leistung des Schalters kann man beträchtlich steigern, wenn der Kolben 55 in der Druckkammer 52 so angeordnet ist, dass er bei seiner durch die Drucksteigerung im oberen Innenraum bedingte Abwärtsbewegung erst einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, ehe er die der Unterbreehungsstelle am nächsten liegenden Kanalmündungen freigibt. Es wird dadurch erreicht, dass der Kolben im unteren Raum eine stärkere Kompression erreicht, der eine kräftigere Expansion folgt.
Zur Vereinfachung des Schalters kann man die Erzeugung des Kohlensäureschnees nur an einer Stelle der Druckkammer vornehmen, da die thermischen Vorgänge durch die Durchbohrungen 66 und 67 in dem oberen und unteren Druckraum gleichmässig verteilt werden.
Ohne an der Erfindung etwas zu ändern, kann man die Zufuhr des Kälte abgebenden Mittels weglassen und mit der in der Druckkammer vorhandenen Luft arbeiten. Es erübrigt sich dabei der Rohr- leitungsanschluss für die Kohlensäure, die Durchbohrungen für die Gleichhaltung der thermischen Vorgänge und die Mehrstufigkeit des Ventils.
Ferner kann man die in der Wand der Druckkammer angeordneten Kanäle durch Rohrleitungen, die ausserhalb der Druckkammer geführt werden und in der Druckkammer münden, ersetzen.
Um beim Abblasen des Lichtbogens ein Überspringen desselben an das Ventil 61 zu vermeiden, ist eine triehter-oder hörnerförmige Funkenabziehvorrichtung 67'vorgesehen. Zur Sicherheit kann die innere Wand 68 des Ventils 61 mit einer isolierenden Schicht versehen werden, so dass ein Überschlag des Lichtbogens auf das Ventil nicht möglieh ist. Der bewegliche Kontakt 53 ist so angeordnet, dass er nicht in unmittelbarer Berührung mit dem Kohlensäureschnee gelangt. Es wird dadurch ein Fest-
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takt JJ aufgesetzt.
Die vorstehend beschriebene Erfindung hat gegenüber den bereits bekannten Hochleistungschaltern folgende wichtige Vorteile. Das an der Druckkammer angeordnete, von der Schaltkontaktbewegung unabhängige Absperrorgan ermöglicht infolge der Drucksteigerung, die im Innern der Schaltkammer hervorgerufen wird, das Entstehen einer geordneten Gasströmung, durch welche die Kontaktstelle beblasen und der Lichtbogen gelöscht wird.
Wendet man aber ausserdem noch eine in der Schaltkammer dauernd angeordnete verdunstende und Kälte abgebende Masse an, so erreicht man noch eine erheblich grössere Drucksteigerung in der Sehaltkammer beim Auftreten des Liehtbogens und dementsprechend eine besonders intensive Beblasung. Da der Druck, bei welchem das Absperrorgan anspricht, der Leistung des Schalters entsprechend bemessen werden kann, tritt eine rasche und sichere Löschwirkung schon bei verhältnismässig geringer Wärmeentwicklung in der Sehaltkammer ein. Die Stromart ist ohne Bedeutung, da die durch das Absperrorgan ermöglichte geordnete Gasströmung auch bei Gleichstromabschaltungen eine ebenso sichere Löschwirkung gewährleistet wie bei Weehselstromabschaltungen.
Wendet man als Lösehmedium Kohlensäuregas an, so ergibt sich eine ganz besonders gute Löschwirkung, da in diesem Falle der Erfindungsgegenstand die Vorteile einer geordneten Gasströmung und eine Lichtbogenlöschung durch Kohlensäure vereinigt.
Bei der ganzen Anordnung des Schalters erübrigt sich eine Druekgas- oder Kompressoranlage und die dazugehörigen Ventile und Apparate.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schalter mit Löschung des Unterbrechungslichtbogens durch einen Druckgasstrom, dessen Druck durch den Lichtbogen selbst in einer Druckkammer erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer mit einem einstellbaren Absperrorgan versehen ist, das so angeordnet ist, dass das ausströmende Druckgas die in der Druekkammer liegende Unterbrechungsstelle bestreichen muss, und durch dessen Einstellung bewirkt wird, dass die Ausströmung erst bei einem bestimmten tiberdruck in der Kammer einsetzt.
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Electric switch with arc extinguishing by a self-generated compressed air or compressed gas flow.
In the case of electrical switches for high breaking capacities, it is known to arrange the interruption point in a switching chamber designed as a pressure chamber and to extinguish the interrupting arc by means of compressed air or gas that is passed through. Furthermore, it is also known for switches with arc quenching by means of a pressurized gas stream to arrange the contacts in a completely closed chamber and to generate the pressure of the quenching gas by the interrupting arc itself. When the chamber opening is released by the movable switch pin, the compressed gas then flows out of the pressure chamber and thereby extinguishes the arc. In this case, however, the disadvantage arises that the shut-off of the pressure chamber from the outside space is formed by the movable switch contact, whereby the pressure of the extinguishing gas is dependent on the switch contact movement.
The shut-off of the pressure chamber is therefore released, regardless of the pressure prevailing in the pressure chamber, at the same instant in which the movable switch contact leaves the pressure chamber. This prevents a gas flow that is sufficient to rapidly extinguish the switching arc from being able to arise at all, particularly with small currents.
It has also been proposed to cause a liquid to evaporate in a pressure chamber by means of the switching arc, whereby a high vapor pressure is initially produced in the pressure chamber. The pressure chamber has two elongated parts which, when they are shifted relative to one another, open up two outlet openings for the high-tension vapors. So there is an expansion to atmospheric pressure, which results in the extinguishing of the arc. Such a switch not only has to be provided with switching fluid again and again, but also has the disadvantage that a quick and reliable extinguishing effect is in no way ensured by the specified means.
These disadvantages are avoided by the subject matter of the invention. The invention consists in that in a switch with extinguishing of the interruption arc by a compressed gas flow, the pressure of which is generated by the arc itself in a pressure chamber, the pressure chamber being provided with an adjustable shut-off device which is arranged so that the outflowing compressed gas the in the interruption point located in the pressure chamber and its setting ensures that the outflow does not start until a certain overpressure in the chamber.
According to the subject matter of the invention, the arc extinction comes about in that the gaseous contents of the switching chamber, brought to excess pressure by the switching arc, flows out of the chamber at a certain excess pressure through the shut-off device and sweeps the interruption point. The gas flow directed towards the point of interruption ensures particularly rapid and reliable arc extinction.
For faster development of the flow required for extinguishing, a cold releasing and evaporating mass can be permanently arranged in the chamber, by means of which the temperature in the interior of the pressure chamber is constantly reduced to below room temperature.
In addition to the main contacts of the interruption point, auxiliary contacts can be arranged in a known manner, which are in series with the main contacts in the electrical circuit and which are intended for this purpose
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are to bring about part of the pressure increase when they are separated, which is necessary to extinguish the arc, while the remaining pressure increase is caused by the arc that occurs when the main contacts are separated.
By closing the gas outlet point of the pressure chamber of constant volume by an adjustable shut-off device, which is arranged so that the outflowing medium has to brush the interruption point, and whose setting causes the outflow to start only at a certain overpressure in the chamber, without With the help of a compressor system or a supply of compressed air or compressed gas, the pressure gradient that occurs in the pressure chamber when the sustaining arc occurs assumes the size required for the formation of a switching
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there is a permanent cold-releasing and evaporating mass, by which the temperature in the switch chamber is constantly reduced to below room temperature, this has the consequence,
that the pressure increase caused by the switching arc and thus the pressure gradient mentioned reach significantly higher values than would be possible without such a permanent cold effect. Because the lower the temperature permanently maintained in the switching chamber, the more naturally the gradient between the maximum pressure occurring in the gas space under the effect of the arc and the minimum pressure existing there before the onset of the arc - i.e. before the contact separation - increases.
The higher this pressure gradient, however, the more intense the blowing of the interruption point by the orderly gas flow that is now forming and the stronger the release effect of this flow is at the moment when the shut-off device releases the connection between the inside of the pressure chamber and the outside space.
The described advantageous effect of the cold-releasing compound permanently arranged in the pressure chamber now occurs in an air or gas-operated heater according to the invention, but not in circuit breakers of a known type. So z. B. in the case of a water switch, the arrangement of the permanently present cold-releasing mass is not permitted because of the risk of the liquid filling freezing, and in the case of a compressed air switch with an external pressure source, it would have no purpose.
A temporary supply of a cold-generating substance, as has been proposed for other switches for a completely different purpose, is just as unsuitable for the intended effect.
If carbon dioxide snow is used as the cold-releasing mass, the constant evaporation of part of it, which is a consequence of the continuously effective heat irradiation, results in a slow increase in pressure even before the switch-off. The total pressure that is created when a switching arc occurs and is sufficient to open the shut-off element is reached all the faster, the closer this gradual increase in pressure comes to the pressure value to which the shut-off element is set in order to ensure the pressure gradient required to induce a strong gas flow.
However, it should be expressly pointed out that protection is sought for the evaporating and cold-releasing mass arranged in the pressure chamber, not per se, but only in connection with the features essential for the subject matter of the invention, that the pressure chamber is provided with an adjustable shut-off device, which so it is arranged that the outflowing medium has to sweep the interruption point and its setting causes the outflow to begin only at a certain overpressure in the chamber.
In the drawing, five exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated schematically.
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arranged, which form the interruption point of the switch. The contact pin 21 is movable and is actuated from the outside in the usual manner. The wall 23 of the pressure chamber 85 consists of an electrically and thermally insulating mass, for. B. porcelain. The fixed contact 22 is pierced so that the compressed gas is forced to blow the contact point when it flows out. The actual gas outlet opening of the switch is closed off by a shut-off element 24 equipped with a weight or spring effect or both, which opens under the effect of an overpressure of a predetermined magnitude and closes again in a non-positive manner when the pressure in space 85 drops.
To reinforce the thermal insulation of the pressure chamber 85, a casing 25 is arranged, and the space 26 formed thereby is filled with cork or a similar thermal insulation material. In the switching chamber 85 there is still a cold releasing and evaporating mass 29, for. B. carbonic acid snow, which releases cold by evaporation to the gas content of the room and at the same time keeps the contacts 21 and 22 cool. An opening 30 provided in the wall 23 or 25 and closable by a closure piece 31 facilitates the addition of the cold-releasing compound and the control of the switch contacts.
The function of the switch is as follows: When the contacts 21 and 22 are opened, an arc is formed in the pressure chamber 85. The same generates an increase in pressure in the air or gas mixture present in the pressure chamber. The temperature of the gas,
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the closer its temperature is to the absolute temperature. Under the action of sudden
When the pressure increases, the closing element 24 attached to the pressure chamber 85 opens, so that the gas under very strong compression flows out at high speed. As a result, the arc between the contacts 21 and 22 is extinguished very quickly.
The pressure chamber 85 remains after the switching process has ended and the arc is extinguished by one
The amount of gas met, the pressure of which is determined by the shut-off device, which is held non-positively closed.
Because of this permanently existing minimum pressure, which assumes a value that is independent of the
Switching device is maintained by the evaporation of the carbon dioxide snow, the extinguishing process is influenced very favorably. In the case of the pressure increase caused by the arc, it is of great advantage if the initial value from which the sudden pressure increase starts is considerably above atmospheric pressure. It then needs the gas content of the electric arc
Pressure chamber only a small amount of heat can be supplied in order to achieve the gas outflow required for rapid arc extinction. This advantage is particularly evident in the case of smaller withholding benefits.
In FIG. 2, a switch with two interruption points (a main and an auxiliary contact point) is shown.
In the pressure chamber 32 there is a movable crosspiece 34 which is fitted with two contact pieces 33 and which is actuated by the drive rod 35. The contacts 36 and 37 serve as mating contacts for the contact pieces 33. The contact 36 is designed as a socket contact and the contact 37 as a hollow contact. The contacts 36 and 37 are attached to the inner wall of a housing enclosing the pressure chamber, the cavities of which are covered with an electrically and thermally insulating one
Substance are filled out. Furthermore, there is also a cold generator 39, which is carbonated snow, in the pressure chamber 32. The switching chamber is accessible through the opening 41 that can be closed by means of a closure piece 41.
The opening formed by the bore of the contact 37 is kept closed by a non-positive shut-off element 42. The pressure chamber 32 is surrounded by a casing 43 which enables thermal insulation for the pressure chamber.
The function of the switch is as follows. The arc is extinguished under conditions similar to those described above. However, due to the known arrangement of the auxiliary contact point 33, 36 lying in series with the main contact point, the current interruption and thus the
Arcing initiated before the main contacts were opened. The arc that forms at the auxiliary contact point causes a significant increase in pressure in the pressure chamber even before the main contacts open. As a result, the increase in pressure takes on significantly greater values when the main contacts are opened, and the gas flows out all the sooner and with all the greater speed.
Without changing anything in the invention, the switch can also be operated with air only.
Instead of maintaining a supply of carbonated snow in the pressure chamber, which is from
If it has to be supplemented from time to time, liquid carbonic acid can also be introduced in such a way that it turns into carbonic acid snow when it enters the pressure chamber. 3 shows a switch with a pressure chamber which encloses the interruption point and which is connected to a pressurized gas container via a valve.
In the pressure chamber 44, the fixed contact 45 and the movable contact 46 are arranged.
At the lower part of the pressure chamber 44 there is an inlet opening 47 (nozzle) for the compressed gas required for extinguishing. The pressure chamber is closed above the fixed contact 45 by a non-positive valve 48. The pressure chamber is connected to a compressed gas cylinder 50 filled with liquefied gas through a pipe 49. The pressure required to extinguish the arc and the associated gas flow can be set by means of a reducing valve 51.
The mode of operation of the switch is as follows: A pressure is generated in the pressure chamber 44 through the connection to the compressed gas cylinder 50. This pressure is kept at a correspondingly low level by the reducing valve 51 when it flows into the pressure chamber. Reduced by this
To keep the pressure in the pressure chamber constant and to avoid pressure equalization between the compressed gas cylinder 50 and the pressure chamber 44, the non-positive valve 48 is arranged. There is therefore always a uniform pressure in the pressure chamber 44.
When the contacts 45 and 46 open, the arc generates a pressure increase in the pressure chamber 44. This increase in pressure causes the valve 48 to respond, and a gas flow arises through the outlet opening of the contact 45, which causes the arc to be extinguished.
The advantage of this arrangement is the constant pressure in the pressure chamber and the associated increase in pressure and gas flow through which the arc is extinguished. The switching process does not require any operation of a valve through which the gas flow required to extinguish the arc is actuated.
As FIG. 4 shows, the described device, without changing the subject matter of the invention, can advantageously also be designed so that there is a constant supply of cold in the pressure chamber 44
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emitting mass 100 (carbonic acid snow) is present. To achieve this, the pressure vessel 50 must be filled with liquid carbonic acid and arranged so that the liquid carbonic acid passes through its outlet opening through the connecting lines 49 and can solidify into solid carbonic acid 100 when it emerges from a nozzle 47 protruding into the pressure chamber. This nozzle is advantageously designed to be adjustable in order to be able to regulate the amount of snow that forms.
5 shows a switch with a pressure chamber surrounding the interruption point, a piston being attached to the movable contact and channels being attached to the pressure chamber wall.
The movable contact 53 and the fixed contact 54 are arranged in a pressure chamber 52. A piston 55 is seated on the movable contact and has a receiving space (container) 56 for a cold generator (e.g. carbon dioxide snow) 57. In the wall of the pressure chamber 52 channels 58 are arranged which taper towards their exit end and open at an angle into the point of interruption of the pressure chamber interior. Furthermore, two pipes 59, 59 'open into the pressure chamber, which are in communication with a pipe 60 which is connected to a carbon dioxide tank. When the switch is closed, the pipeline 59 ′ protrudes through a slot in the guide part of the piston 55 into its interior.
On the upper part of the pressure chamber 52, above the fixed contact 54, a valve 61 which opens against spring pressure is attached, which valve 61 has the two outlet openings 62 and 63. The opening 62 causes the gas to escape into the pipeline 64, which leads into a collecting container, whereas the opening 63 allows the gas to pass through the holes 65 into the open.
The piston 55 and the fixed contact 54 have fine through-bores 66 and 67, which enable a gradual pressure equalization in the resting state of the switch in the upper and lower part of the interior of the pressure chamber and in the valve 61.
The facility described works as follows:
Through the line 60, liquid carbonic acid enters the pressure chamber at the entry points of the pipes 59, 59 'which are provided with nozzles, where it is transformed into carbonic acid snow 57 as it flows out. So it is deposited on the bottom of the pressure chamber 52 and in the receiving space 56 of the piston 55 carbonic acid snow. This carbon dioxide snow evaporates due to the heat acting from the outside, and a strong cooling and pressure increase occurs in the upper and lower space of the pressure chamber 52. This pressure image and cooling above and below the piston 55 is compensated for by the through-bores 66, so that a uniform pressure prevails in the pressure chamber 52.
Through the bores 67 the valve 61! the pressure conditions of the pressure chamber 52 in the same sense. The pressure in the pressure chamber only rises up to a certain value, since the valve 61 responds in the event of an excess pressure and the gas escapes through the outlet opening 62 into the pipe 64, through which it reaches a collecting container.
When the switch is actuated, the arc is drawn into the pressure chamber 52 through the movable contact 53. By supplying the amount of heat present in the arc into the upper space of the pressure chamber, there is a large increase in pressure, which on the one hand causes the valve 61 to respond and on the other hand acts on the piston 55, which is driven into the lower half of the pressure chamber. As a result of the movement of the piston, the cooled gas held in stock in the lower half is pressed through the channels 59 into the upper pressure chamber space. As a result, the gas flow which is present due to the increase in pressure, which exists via the fixed contact 54 and via the openings 63 and 65 of the addressed valve 61, is substantially increased, and the arc is extinguished more quickly.
The performance of the switch can be increased considerably if the piston 55 is arranged in the pressure chamber 52 in such a way that, during its downward movement caused by the increase in pressure in the upper interior, it has first covered a certain distance before it releases the duct openings closest to the point of interruption . It is achieved in that the piston achieves a stronger compression in the lower space, which is followed by a stronger expansion.
To simplify the switch, the carbon dioxide snow can only be produced at one point in the pressure chamber, since the thermal processes are evenly distributed through the bores 66 and 67 in the upper and lower pressure chambers.
Without changing anything in the invention, the supply of the cold releasing agent can be omitted and the air present in the pressure chamber can be used. There is no need for the pipe connection for the carbon dioxide, the through-holes for keeping the thermal processes constant and the multi-stage valve.
Furthermore, the channels arranged in the wall of the pressure chamber can be replaced by pipelines which are routed outside the pressure chamber and open into the pressure chamber.
In order to prevent the arc from jumping over to the valve 61 when the arc is blown off, a tapered or horn-shaped spark extractor 67 ′ is provided. To be on the safe side, the inner wall 68 of the valve 61 can be provided with an insulating layer so that a flashover of the arc on the valve is not possible. The movable contact 53 is arranged so that it does not come into direct contact with the carbonic acid snow. It will be a festival
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tact JJ put on.
The invention described above has the following important advantages over the already known high-performance switches. The shut-off device, which is arranged on the pressure chamber and is independent of the switching contact movement, enables an orderly gas flow to arise due to the increase in pressure that is caused inside the switching chamber, through which the contact point is blown and the arc is extinguished.
However, if one also uses an evaporating and cold-releasing compound permanently arranged in the switching chamber, a considerably greater increase in pressure is achieved in the holding chamber when the light arc occurs and, accordingly, particularly intensive blowing. Since the pressure at which the shut-off device responds can be dimensioned according to the power of the switch, a quick and reliable extinguishing effect occurs even with a relatively low heat development in the safety chamber. The type of current is irrelevant, since the orderly gas flow made possible by the shut-off element ensures an extinguishing effect that is just as reliable in the case of direct current disconnections as in alternating current disconnections.
If carbonic acid gas is used as the dissolving medium, the result is a particularly good extinguishing effect, since in this case the subject matter of the invention combines the advantages of an orderly gas flow and arc extinguishing by carbonic acid.
With the entire arrangement of the switch, there is no need for a compressed gas or compressor system and the associated valves and apparatus.
PATENT CLAIMS:
1. Switch with extinguishing of the interruption arc by a pressurized gas flow, the pressure of which is generated by the arc itself in a pressure chamber, characterized in that the pressure chamber is provided with an adjustable shut-off element which is arranged so that the outflowing pressurized gas is the one in the pressure chamber The point of interruption must be painted, and its setting causes the outflow to begin only at a certain excess pressure in the chamber.